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JP7092968B2 - Semiconductor equipment - Google Patents

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JP7092968B2
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Description

本発明は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置に関する。特に、イオン注入と熱処理により形成されたp型のp型領域を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a group III nitride semiconductor. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a p-type p-type region formed by ion implantation and heat treatment.

GaNなどのIII 族窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界を有しており、高耐圧と低オン抵抗の両立が可能であることから、パワーデバイスの材料として注目され、さかんに研究開発が行われている。 Group III nitride semiconductors such as GaN have a high dielectric breakdown electric field and can achieve both high withstand voltage and low on-resistance, so they are attracting attention as materials for power devices and are being actively researched and developed. ing.

特許文献1には、III 族窒化物半導体からなるpnダイオードが記載されており、n層、p層のキャリアトラップ準位の平均密度を所定値以下にすることで、低損失な素子を実現できることが記載されている。このような効果が得られる理由として、キャリアトラップ準位の平均密度を低減したことにより相対的に非発光再結合が抑制されて発光再結合が増加し、発光再結合による光がp層に吸収されてホール濃度が増加するためであると考察されている。 Patent Document 1 describes a pn diode made of a group III nitride semiconductor, and a low-loss element can be realized by setting the average density of carrier trap levels of the n-layer and p-layer to a predetermined value or less. Is described. The reason why such an effect is obtained is that by reducing the average density of carrier trap levels, non-luminescence recombination is relatively suppressed, luminescence recombination increases, and light due to luminescence recombination is absorbed by the p-layer. It is considered that this is because the hole concentration is increased.

特開2013-33913号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-33913

p層形成のためにイオン注入と熱処理を行った場合、リーク電流が増大してしまう問題があった。これは、キャリアトラップ準位が関係すると考えられる。しかし、特許文献1では複数存在するキャリアトラップ準位のうちどのキャリアトラップ準位がリーク電流に寄与しているのかが明らかでない。また、特許文献1にはキャリアトラップ準位の平均密度をどのようにして制御するのか記載がない。 When ion implantation and heat treatment are performed to form the p-layer, there is a problem that the leakage current increases. This is thought to be related to the carrier trap level. However, in Patent Document 1, it is not clear which of the plurality of carrier trap levels contributes to the leakage current. Further, Patent Document 1 does not describe how to control the average density of carrier trap levels.

そこで本発明の目的は、リーク電流が抑制されたIII 族窒化物半導体からなる半導体装置およびその製造方法を実現することである。 Therefore, an object of the present invention is to realize a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor in which a leakage current is suppressed and a method for manufacturing the same.

本発明の第1態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、n層上およびp型領域上に設けられ、n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視でp型領域のない領域をA領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とショットキー電極との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
The first aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , and p provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer. It has a p-type region, which is a region made of type GaN, and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The area without the p-shaped area in the plan view is defined as the A area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the Schottky electrode to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less.
It is a semiconductor device characterized by this.

本発明の第2態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、n層上およびp型領域上に設けられ、n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視でp型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
A second aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , and p provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer. It has a p-type region, which is a region made of type GaN, and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The area with the p-shaped area in the plan view is defined as the B area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in region B is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
It is a semiconductor device characterized by this.

本発明の第1、第2態様において、さらなるリーク電流の抑制のために、以下のように設定されていることが好ましい。 In the first and second aspects of the present invention, it is preferable that the settings are as follows in order to further suppress the leakage current.

B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is 0.01 or less.

B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is 0.01 or less.

B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is 0.4 to 2.5.

GaNの伝導帯下端から0.90eV以上1.00eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE7として、B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されていることが好ましい。 Let TE7 be the electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN, and the average density of the electron trap level of TE7 in the A region with respect to the average density of the electron trap level of TE7 in the B region. It is preferable that the ratio of is set to 0.2 or less.

B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is 0.04 or less.

また、本発明の第3態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視でp型領域のない領域をA領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp層との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
A領域におけるn層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
Further, the third aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a p-layer made of p-type GaN provided on the n layer. And a p-type region which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer.
The area without the p-shaped area in the plan view is defined as the A area.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is the average of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side. As a density
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer.
It is a semiconductor device characterized by this.

また、本発明の第4態様は、ドナー濃度1×1015~2×1016/cm3 のn型のGaNからなるn層と、n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視でp型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からn層側に0.8~1.6μmの深さの領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
B領域におけるn層中の各電子トラップ準位の平均密度が、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置である。
Further, a fourth aspect of the present invention is an n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a p-layer made of p-type GaN provided on the n layer. And a p-type region which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment in a part of the n-layer.
The area with the p-shaped area in the plan view is defined as the B area.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is the average density of each electron trap level in the n layer in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As an average density
The average density of each electron trap level in the n layers in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
It is a semiconductor device characterized by this.

本発明の第3、第4態様において、さらなるリーク電流の抑制のために、以下のように設定されていることが好ましい。 In the third and fourth aspects of the present invention, it is preferable that the settings are as follows in order to further suppress the leakage current.

B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is 0.03 or less.

B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is 0.02 or less.

B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されていることが好ましい。 It is preferable that the ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to 0.3 to 2.0.

GaNの価電子帯上端から0.80eV以上0.90eV未満の正孔トラップ準位をTH3とし、
A領域における正孔トラップ準位の平均密度は、n層とp層との界面からp層側に0.02~0.05μmの深さの領域におけるp層中の正孔トラップ準位の平均密度とし、
B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、n層とp型領域との界面からp型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域におけるp型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
B領域におけるp型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、A領域におけるp層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、ことが好ましい。
The hole trap level of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The average density of hole trap levels in the A region is the average of the hole trap levels in the p layer in the region at a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p layer to the p layer side. Density
The average density of hole trap levels in the B region is 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region. As the average density of the place,
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-layer in the A region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1.4. It is preferable that it is set to be.

本発明によれば、リーク電流が抑制されたIII 族窒化物半導体からなる半導体装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor in which a leakage current is suppressed.

実施例1の半導体装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置の製造工程を示した図。The figure which showed the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置の製造方法の変形例を示した図。The figure which showed the modification of the manufacturing method of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例2の半導体装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the semiconductor device of Example 2. FIG. 実施例2の半導体装置の製造工程を示した図。The figure which showed the manufacturing process of the semiconductor device of Example 2. FIG. 実施例2の半導体装置の変形例1の構成を示した図。The figure which showed the structure of the modification 1 of the semiconductor device of Example 2. 実施例2の半導体装置の変形例1の製造工程を示した図。The figure which showed the manufacturing process of the modification 1 of the semiconductor device of Example 2. 実施例2の半導体装置の変形例2の構成を示した図。The figure which showed the structure of the modification 2 of the semiconductor device of Example 2. 実施例1の半導体装置のA領域評価用素子の構成を示した図。The figure which showed the structure of the element for A area evaluation of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例2の半導体装置のA領域評価用素子の構成を示した図。The figure which showed the structure of the element for A area evaluation of the semiconductor device of Example 2. FIG. 実施例1および実施例2の半導体装置のB領域評価用素子の構成を示した図。The figure which showed the structure of the element for B region evaluation of the semiconductor apparatus of Example 1 and Example 2. FIG. 実施例1の半導体装置のA領域評価用素子のI-V特性を示したグラフ。The graph which showed the IV characteristic of the element for A region evaluation of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置のA領域評価用素子のDLTS測定結果を示したグラフ。The graph which showed the DLTS measurement result of the element for A area evaluation of the semiconductor apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置のA領域評価用素子について、各電子トラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた図。The figure which summarized each characteristic for each type of electron trap level about the element for A region evaluation of the semiconductor device of Example 1. FIG. TE4の電子トラップ準位の平均密度に対する各電子トラップ準位の平均密度の比をまとめた図。The figure which summarized the ratio of the average density of each electron trap level to the average density of the electron trap level of TE4. 実施例2の半導体装置のA領域評価用素子のI-V特性を示したグラフ。The graph which showed the IV characteristic of the element for A region evaluation of the semiconductor device of Example 2. FIG. 実施例2の半導体装置のA領域評価用素子のDLTS測定結果を示したグラフ。The graph which showed the DLTS measurement result of the element for A area evaluation of the semiconductor apparatus of Example 2. FIG. 実施例2の半導体装置のA領域評価用素子について、各キャリアトラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた図。The figure which summarized each characteristic for each type of carrier trap level about the element for A area evaluation of the semiconductor device of Example 2. FIG. B領域評価用素子のI-V特性を示したグラフ。The graph which showed the IV characteristic of the element for B region evaluation. B領域評価用素子のDLTS測定結果を示したグラフ。The graph which showed the DLTS measurement result of the element for B area evaluation. B領域評価用素子について、各キャリアトラップ準位の種類ごとにエネルギー、捕獲断面積、キャリアトラップ準位の平均密度をまとめた図。The figure which summarized the energy, the capture cross section, and the average density of the carrier trap level for each type of carrier trap level for the element for B region evaluation. TE4のキャリアトラップ準位の平均密度に対する各キャリアトラップ準位の平均密度の比をまとめた図。The figure which summarized the ratio of the average density of each carrier trap level to the average density of the carrier trap level of TE4. 各キャリアトラップ準位について、B領域評価用素子におけるキャリアトラップ準位の平均密度に対する、実施例1の半導体装置のA領域評価用素子におけるキャリアトラップ準位の平均密度の比をまとめた図。For each carrier trap level, the figure which summarized the ratio of the average density of the carrier trap level in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 1 to the average density of the carrier trap level in the B region evaluation element. 各キャリアトラップ準位について、B領域評価用素子におけるキャリアトラップ準位の平均密度に対する、実施例2の半導体装置のA領域評価用素子におけるキャリアトラップ準位の平均密度の比をまとめた図。For each carrier trap level, the figure which summarized the ratio of the average density of the carrier trap level in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 2 to the average density of the carrier trap level in the B region evaluation element.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the examples.

図1は、実施例1の半導体装置の構成を示した図である。図1のように、実施例1の半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであり、基板10と、n層11と、拡散p領域12と、カソード電極13と、アノード電極14と、によって構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the first embodiment is a Schottky barrier diode, and is composed of a substrate 10, an n-layer 11, a diffusion p region 12, a cathode electrode 13, and an anode electrode 14. There is.

基板10は、Si濃度が1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる。基板10の厚さは、320μmである。 The substrate 10 is made of n-GaN having a Si concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 . The thickness of the substrate 10 is 320 μm.

n層11は、基板10上に位置し、ドナー濃度が1×1015~2×1016/cm3 、Si濃度が1×1015~2.5×1016/cm3 のn-GaNからなる。n層11の厚さは5~20μmである。 The n-layer 11 is located on the substrate 10 and is composed of n-GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a Si concentration of 1 × 10 15 to 2.5 × 10 16 / cm 3 . Become. The thickness of the n-layer 11 is 5 to 20 μm.

拡散p領域12は、後述のようにイオン注入および熱処理によってMgを拡散させて形成した領域であり、p-GaNからなる。Mg濃度は、2×1018/cm3 である。拡散p領域12は、平面視で環状であり、その幅は10μmである。また、拡散p領域12は、n層11表面から深さ1μmまでの領域に形成されている。この拡散p領域12は、後述のように、実施例1の半導体装置の耐圧性を向上させるために設けるものである。なお、耐圧向上のためには、Mg濃度0.5×1017~2×1019/cm3 、平面視での拡散p領領域12の環の幅は1~20μm、拡散p領領域12の深さは0.1~5μmであればよい。 The diffusion p region 12 is a region formed by diffusing Mg by ion implantation and heat treatment as described later, and is composed of p-GaN. The Mg concentration is 2 × 10 18 / cm 3 . The diffusion p region 12 is annular in a plan view and has a width of 10 μm. Further, the diffusion p region 12 is formed in a region from the surface of the n layer 11 to a depth of 1 μm. As will be described later, the diffusion p region 12 is provided to improve the withstand voltage of the semiconductor device of the first embodiment. In order to improve the withstand voltage, the Mg concentration is 0.5 × 10 17 to 2 × 10 19 / cm 3 , the width of the ring of the diffusion p region 12 in a plan view is 1 to 20 μm, and the diffusion p region 12 is formed. The depth may be 0.1 to 5 μm.

カソード電極13は、基板10裏面の全面に接して設けられている。カソード電極13は、Ti/Alからなり、基板10裏面に対してオーミック接触する。ここで、「/」は積層を意味し、A/BはA、Bの順に積層した構造を意味する。以下、材料の説明において同様である。 The cathode electrode 13 is provided in contact with the entire back surface of the substrate 10. The cathode electrode 13 is made of Ti / Al and makes ohmic contact with the back surface of the substrate 10. Here, "/" means laminated, and A / B means a structure in which A and B are laminated in this order. Hereinafter, the same applies to the description of the material.

アノード電極14は、n層11上および拡散p領域12上に設けられている。アノード電極14は、Niからなり、n層11に対してショットキー接触する。アノード電極14は、平面視で円であり、その外周は拡散p領域12に接している。このように、逆バイアス印加時に電界の集中するアノード電極14の端部に、拡散p領域12を接触させることで、実施例1の半導体装置の耐圧向上を図っている。 The anode electrode 14 is provided on the n layer 11 and on the diffusion p region 12. The anode electrode 14 is made of Ni and is in Schottky contact with the n layer 11. The anode electrode 14 is a circle in a plan view, and its outer periphery is in contact with the diffusion p region 12. In this way, the withstand voltage of the semiconductor device of the first embodiment is improved by bringing the diffusion p region 12 into contact with the end of the anode electrode 14 where the electric field is concentrated when the reverse bias is applied.

(キャリアトラップ準位の平均密度について)
次に、n層11、および拡散p領域12のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位および正孔トラップ準位)の平均密度について説明する。各キャリアトラップ準位の平均密度は、後述のように拡散p領域12を形成するための熱処理における温度、時間によって制御することができる。
(About the average density of carrier trap levels)
Next, the average densities of the carrier trap levels (electron trap level and hole trap level) of the n layer 11 and the diffusion p region 12 will be described. The average density of each carrier trap level can be controlled by the temperature and time in the heat treatment for forming the diffusion p region 12 as described later.

まず、EcをGaNの伝導帯下端の準位、Evを価電子帯上端の準位、Etを電子トラップ準位として、各電子トラップ準位、正孔トラップ準位を次のように呼ぶこととする。
TE1:Ec-Etが0.10eV以上0.20eV未満の電子トラップ準位
TE2:Ec-Etが0.20eV以上0.30eV未満の電子トラップ準位
TE3:Ec-Etが0.30eV以上0.45eV未満の電子トラップ準位
TE4:Ec-Etが0.45eV以上0.60eV未満の電子トラップ準位
TE5:Ec-Etが0.60eV以上0.75eV未満の電子トラップ準位
TE6:Ec-Etが0.75eV以上0.85eV未満の電子トラップ準位
TE7:Ec-Etが0.90eV以上1.00eV未満の電子トラップ準位
TE8:Ec-Etが1.00eV以上1.10eV未満の電子トラップ準位
TE9:Ec-Etが1.10eV以上1.40eV未満の電子トラップ準位

TH3:Et-Evが0.80eV以上0.90eV未満の正孔トラップ準位
First, with Ec as the lower end of the conduction band of GaN, Ev as the upper end of the valence band, and Et as the electron trap level, each electron trap level and hole trap level are called as follows. do.
TE1: Electronic trap level with Ec-Et of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV TE2: Electron trap level with Ec-Et of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV TE3: Ec-Et is 0.30 eV or more and 0. Electronic trap level with less than 45 eV TE4: Electronic trap level with Ec-Et of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV TE5: Electronic trap level with Ec-Et of 0.60 eV or more and less than 0.75 eV TE6: Ec-Et Electron trap level with 0.75 eV or more and less than 0.85 eV TE7: Electron trap level with Ec-Et of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV TE8: Electron trap with Ec-Et of 1.00 eV or more and less than 1.10 eV Level TE9: Electron trap level with Ec-Et of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV

TH3: Hole trap level with Et-Ev greater than or equal to 0.80 eV and less than 0.90 eV

これらのキャリアトラップ準位のうち、TE2、TE4、TE9、TH3については、熱処理によらず発生する準位であり、MOCVD法によってn層11を結晶成長させた際に発生するものである。そのため、これらのキャリアトラップ準位の平均密度は、結晶成長させた段階ではn層11の深さ方向に対して一様に分布していると考えられる。一方、それ以外のキャリアトラップ準位(TE1、TE3、TE5~TE8)については、熱処理により発生する準位である。そのため、これらのキャリアトラップ準位の平均密度はn層11表面側の方が高く、深くなるにつれて密度は低下していると考えられる。 Of these carrier trap levels, TE2, TE4, TE9, and TH3 are levels that are generated regardless of heat treatment, and are generated when the n-layer 11 is crystal-grown by the MOCVD method. Therefore, it is considered that the average densities of these carrier trap levels are uniformly distributed in the depth direction of the n-layer 11 at the stage of crystal growth. On the other hand, the other carrier trap levels (TE1, TE3, TE5 to TE8) are levels generated by heat treatment. Therefore, it is considered that the average density of these carrier trap levels is higher on the surface side of the n layer 11, and the density decreases as the depth becomes deeper.

実施例1の半導体装置では、n層11および拡散p領域12の各キャリアトラップ準位の平均密度が次のように設定されている。なお、キャリアトラップ準位の平均密度のうち電子トラップについては、n層11とアノード電極14との界面、あるいはn層11と拡散p領域12との界面からn層11側に0.8~1.6μmの深さの領域の平均密度、正孔トラップについては、pn界面(n層11と拡散p領域12との界面)から拡散p領域12側に0.02~0.05μmの深さの領域の平均密度とする。以下、実施例1のキャリアトラップ準位の平均密度において同様とする。 In the semiconductor device of the first embodiment, the average density of each carrier trap level of the n layer 11 and the diffusion p region 12 is set as follows. Of the average density of carrier trap levels, the electron trap is 0.8 to 1 on the n-layer 11 side from the interface between the n-layer 11 and the anode electrode 14 or the interface between the n-layer 11 and the diffusion p-region 12. The average density of the region with a depth of 0.6 μm, and for hole traps, the depth is 0.02 to 0.05 μm from the pn interface (the interface between the n layer 11 and the diffused p region 12) to the diffused p region 12 side. The average density of the region. Hereinafter, the same applies to the average density of the carrier trap levels of Example 1.

実施例1の半導体装置を基板10主面に対して垂直上方から見て(つまり平面視において)、拡散p領域12が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域とする。 When the semiconductor device of the first embodiment is viewed from above perpendicular to the main surface of the substrate 10 (that is, in a plan view), the region where the diffusion p region 12 does not exist is defined as the region A, and the region where the diffusion p region 12 exists is defined as the region B.

A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aの比(n3A/n4A)よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が1以下となるように設定されている。つまり、(n3A/n4A)<(n1A/n4A)1を満たすように設定されている。 For the A region, the ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 (n1A / n4A) is the electron trap of TE3 with respect to the average density n4A of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 1 or less, which is larger than the ratio of the average density n3A of the level (n3A / n4A). It is set to be. That is, it is set to satisfy (n3A / n4A) <(n1A / n4A) 1.

また、B領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。つまり、(n1B/n4B)<(n9B/n4B)<(n2B/n4B)を満たすように設定されている。 In the B region, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is that of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4, which is larger than the ratio of the average density n9B of the electron trap level (n9B / n4B), is TE4. It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of the electron trap level of. That is, it is set to satisfy (n1B / n4B) <(n9B / n4B) <(n2B / n4B).

A領域、B領域のうち少なくとも一方の領域において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることにより、実施例1の半導体装置のリーク電流を抑制することができる。もちろん、A領域、B領域の双方において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることがより好ましい。 By setting the average density of the electron trap levels as described above in at least one of the A region and the B region, the leakage current of the semiconductor device of the first embodiment can be suppressed. Of course, it is more preferable that the average density of the electron trap levels is set as described above in both the A region and the B region.

また、リーク電流の低減のためには、各電子トラップ準位の平均密度は低ければ低いほど望ましく、特に熱処理によって発生する電子トラップ準位の平均密度を十分に低減することが望ましい。たとえば以下のような範囲とすることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the lower the average density of each electron trap level is, and it is particularly desirable to sufficiently reduce the average density of the electron trap levels generated by the heat treatment. For example, the following range is desirable.

A領域の各電子トラップ準位の平均密度のうち、熱処理によって発生するものについては、以下の範囲とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aは、4×1011/cm3 以下とすることが望ましい。TE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aは、6×1010/cm3 以下とすることが望ましい。TE6の電子トラップ準位の平均密度n6Aは、2×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Aは、4×1012/cm3 以下とすることが望ましい。 Of the average densities of each electron trap level in the A region, those generated by heat treatment are preferably in the following range. It is desirable that the average density n1A of the electron trap level of TE1 is 4 × 10 11 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n3A of the electron trap level of TE3 is 6 × 10 10 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n6A of the electron trap level of TE6 is 2 × 10 13 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n7A of the electron trap level of TE7 is 4 × 10 12 / cm 3 or less.

A領域の各電子トラップ準位の平均密度のうち、熱処理によらず発生するものについては、以下の範囲とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aは、n層11のドナー濃度の1/1000以下とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aは、n層11のドナー濃度の1/500以下とすることが望ましい。 Of the average densities of each electron trap level in the A region, those generated regardless of heat treatment are preferably in the following range. It is desirable that the average density n2A of the electron trap level of TE2 is 1/1000 or less of the donor concentration of the n layer 11. It is desirable that the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 1/100 or less of the donor concentration of the n layer 11. It is desirable that the average density n9A of the electron trap level of TE9 is 1/500 or less of the donor concentration of the n layer 11.

また、A領域において、電子トラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1、TE2、およびTE3の電子トラップ準位の平均密度n1A、n2A、n3Aの比(n1A/n4A、n2A/n4A、n3A/n4A)は、0.01~0.5とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE6およびTE7の電子トラップ準位の平均密度n6A、n7Aの比(n6A/n4A、n7A/n4A)は、1.1~10とすることが望ましい。 Further, in the region A, the ratio of the average density of the electron trap levels is preferably in the following range. The ratio of the average densities n1A, n2A, n3A of the electron trap levels of TE1, TE2, and TE3 to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 (n1A / n4A, n2A / n4A, n3A / n4A) is 0.01. It is desirable to set it to ~ 0.5. The ratio of the average densities n6A and n7A of the electron trap levels of TE6 and TE7 to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 (n6A / n4A, n7A / n4A) is preferably 1.1 to 10.

また、B領域の各電子トラップ準位および正孔トラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bは、3×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bは、3×1015/cm3 以下とすることが望ましい。TE5の電子トラップ準位の平均密度n5Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bは、4×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bは、8×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。 Further, it is desirable that the average density of each electron trap level and the hole trap level in the B region is in the following range. It is desirable that the average density n4B of the electron trap level of TE4 is 1/100 or less of the donor concentration of the n layer 11. It is desirable that the average density n1B of the electron trap level of TE1 is 3 × 10 14 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n2B of the electron trap level of TE2 is 3 × 10 15 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n5B of the electron trap level of TE5 is 1 × 10 13 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n7B of the electron trap level of TE7 is 4 × 10 13 / cm 3 or less. The average density n9B of the electron trap level of TE9 is preferably 8 × 10 14 / cm 3 or less. It is desirable that the average density nH3B of the hole trap level of TH3 is 1 × 10 13 / cm 3 or less.

また、リーク電流の低減のために、B領域における各キャリアトラップ準位の平均密度に対するA領域における各キャリアトラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bに対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n1B)は、0.01以下であることが望ましい。B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bに対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aの比(n2A/n2B)は、0.01以下であることが望ましい。B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aの比(n4A/n4B)は、0.4~2.5であることが望ましい。B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bに対するA領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度n7Aの比(n7A/n7B)は、0.2以下であることが望ましい。B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bに対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aの比(n9A/n9B)は、0.04以下であることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the ratio of the average density of each carrier trap level in the A region to the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. The ratio (n1A / n1B) of the average density n1A of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density n1B of the electron trap level of TE1 in the region B is preferably 0.01 or less. The ratio (n2A / n2B) of the average density n2A of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density n2B of the electron trap level of TE2 in the region B is preferably 0.01 or less. The ratio (n4A / n4B) of the average density n4A of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density n4B of the electron trap level of TE4 in the region B is preferably 0.4 to 2.5. The ratio (n7A / n7B) of the average density n7A of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density n7B of the electron trap level of TE7 in the region B is preferably 0.2 or less. The ratio (n9A / n9B) of the average density n9A of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density n9B of the electron trap level of TE9 in the region B is preferably 0.04 or less.

次に、実施例1の半導体装置の製造方法について、図2を参照に説明する。 Next, the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to FIG.

まず、n-GaNからなる基板10上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層11、p-GaNからなるp層15を順に積層する(図2(a)参照)。n層11の厚さは、厚さ5~20μm、ドナー濃度は1×1015~2×1016/cm3 である。p層15の厚さは0.5~2μm、Mg濃度は5×1017~2×1019/cm3 である。 First, the n layer 11 made of n-GaN and the p layer 15 made of p-GaN are sequentially laminated on the substrate 10 made of n-GaN by the MOCVD method (see FIG. 2A). The thickness of the n-layer 11 is 5 to 20 μm, and the donor concentration is 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 . The thickness of the p layer 15 is 0.5 to 2 μm, and the Mg concentration is 5 × 10 17 to 2 × 10 19 / cm 3 .

次に、p層15表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域16を形成する(図2(b)参照)。イオン注入しない領域に形成するマスクとして、フォトレジストなどを用いることができる。なお、注入するイオンの元素は任意でよく、Mg以外のp型ドーパントであってもよいし、Siなどのn型ドーパントであってもよい。 Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the p layer 15 to form an ion-implanted region 16 (see FIG. 2B). A photoresist or the like can be used as a mask formed in a region where ions are not implanted. The element of the ion to be injected may be arbitrary and may be a p-type dopant other than Mg or an n-type dopant such as Si.

次に、p層15およびイオン注入領域16の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、n層11表面であって、イオン注入領域16の直下の領域に、p層15に含まれるMgを拡散させる。これにより、n層11表面から所定深さまでの領域に拡散p領域12を形成する。その後、保護膜をフッ酸により除去する(図2(c)参照)。この拡散p領域12形成のための熱処理の温度、時間によって、n層11および拡散p領域12のキャリアトラップ準位の平均密度を制御することができる。具体的には、熱処理温度が低いほどキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができ、また熱処理時間を長くすることでもキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができる。熱処理温度が低すぎたり、熱処理時間が短すぎると、所定の領域に拡散p領域12を形成することが難しくなるため、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御することが望ましい。より好ましくは、熱処理温度1020~1040℃、熱処理時間12~20分である。 Next, a protective film made of SiN is formed on the surfaces of the p layer 15 and the ion implantation region 16 and heat-treated. The atmosphere of the heat treatment may be an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By the heat treatment, Mg contained in the p layer 15 is diffused in the region on the surface of the n layer 11 immediately below the ion implantation region 16. As a result, the diffusion p region 12 is formed in the region from the surface of the n layer 11 to a predetermined depth. Then, the protective film is removed with hydrofluoric acid (see FIG. 2 (c)). The average density of the carrier trap levels of the n layer 11 and the diffusion p region 12 can be controlled by the temperature and time of the heat treatment for forming the diffusion p region 12. Specifically, the lower the heat treatment temperature, the lower the average density of the carrier trap levels, and the longer the heat treatment time, the lower the average density of the carrier trap levels. If the heat treatment temperature is too low or the heat treatment time is too short, it becomes difficult to form the diffusion p region 12 in a predetermined region. Therefore, the heat treatment temperature is controlled in the range of 1000 to 1100 ° C. and the heat treatment time is controlled in the range of 5 to 40 minutes. It is desirable to do. More preferably, the heat treatment temperature is 1020 to 1040 ° C. and the heat treatment time is 12 to 20 minutes.

次に、p層15およびイオン注入領域16をドライエッチングしてn層11表面および拡散p領域12を露出させる。さらにn層11の外周を所定の深さまでドライエッチングして素子分離領域を形成する(図2(d)参照)。 Next, the p-layer 15 and the ion-implanted region 16 are dry-etched to expose the surface of the n-layer 11 and the diffused p-region 12. Further, the outer periphery of the n-layer 11 is dry-etched to a predetermined depth to form an element separation region (see FIG. 2D).

次に、基板10の裏面にカソード電極13、n層11上および拡散p領域12上にアノード電極14を蒸着によってそれぞれ形成する。アノード電極14は、その端部が拡散p領域12上となるようなパターンとする。以上により図1に示す実施例1の半導体装置を作製する。 Next, the cathode electrode 13 is formed on the back surface of the substrate 10, the anode electrode 14 is formed on the n layer 11 and the diffusion p region 12 by vapor deposition, respectively. The anode electrode 14 has a pattern such that its end is on the diffusion p region 12. From the above, the semiconductor device of Example 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

なお、実施例1では、イオン注入領域直下の別の領域にMgを拡散させて拡散p領域12を形成しているが、n層11に直接Mgイオンを注入して熱処理を行って、Mgを拡散させずにそのイオン注入領域をそのままp型領域17としてもよい(図3参照)。この場合、熱処理温度と時間を所定の範囲とすることで、Mgを拡散させないでp型領域を作製することができる。ただし、実施例1のようにして拡散p領域12を形成する方が、n層11表面の荒れが少なく、また所定領域に精度よく拡散p領域12を形成することができる。 In Example 1, Mg is diffused into another region directly under the ion implantation region to form the diffusion p region 12, but Mg ions are directly implanted into the n layer 11 and heat-treated to obtain Mg. The ion-implanted region may be used as it is as the p-type region 17 without being diffused (see FIG. 3). In this case, by setting the heat treatment temperature and time within a predetermined range, a p-type region can be produced without diffusing Mg. However, when the diffusion p region 12 is formed as in the first embodiment, the surface of the n layer 11 is less roughened, and the diffusion p region 12 can be accurately formed in a predetermined region.

以上、実施例1の半導体装置では、n層11、および拡散p領域12の各キャリアトラップ準位の平均密度について、平面視で拡散p領域12が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域として、A領域、B領域についてそれぞれ下記のように設定されているため、リーク電流を低減することができる。
A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE3の電子トラップ準位の平均密度n3Aの比(n3A/n4A)よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n4A)が1以下となるように設定されている。
B領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。
As described above, in the semiconductor device of the first embodiment, regarding the average density of each carrier trap level of the n layer 11 and the diffusion p region 12, the region in which the diffusion p region 12 does not exist in the plan view is the region A, and the region in which the diffusion p region 12 exists is the region B. Since the regions A and B are set as follows, the leakage current can be reduced.
For the A region, the ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 (n1A / n4A) is the electron trap of TE3 with respect to the average density n4A of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n1A of the electron trap level of TE1 to the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 1 or less, which is larger than the ratio of the average density n3A of the level (n3A / n4A). It is set to be.
For the B region, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is the electron trap of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4, which is larger than the ratio of the average density n9B of the level (n9B / n4B), is the electron of TE4. It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of the trap level.

図4は、実施例2の半導体装置の構成を示した図である。図4のように、実施例2の半導体装置は、トレンチ型のFETであり、基板20と、n層21と、p層22と、拡散p領域23と、イオン注入領域24と、再成長n層25と、ゲート絶縁膜26と、ドレイン電極27と、ソース電極28と、ゲート電極29と、によって構成されている。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device of the second embodiment. As shown in FIG. 4, the semiconductor device of the second embodiment is a trench type FET, and has a substrate 20, an n layer 21, a p layer 22, a diffusion p region 23, an ion implantation region 24, and a regrowth n. It is composed of a layer 25, a gate insulating film 26, a drain electrode 27, a source electrode 28, and a gate electrode 29.

基板20は、Si濃度が1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる。基板10の厚さは、320μmである。 The substrate 20 is made of n-GaN having a Si concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 . The thickness of the substrate 10 is 320 μm.

n層21は、基板20上に位置し、ドナー濃度が1×1015~2×1016/cm3 、Si濃度が1×1015~2.5×1016/cm3 のn-GaNからなる。n層11の厚さは10μmである。 The n-layer 21 is located on the substrate 20 and is composed of n-GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a Si concentration of 1 × 10 15 to 2.5 × 10 16 / cm 3 . Become. The thickness of the n-layer 11 is 10 μm.

p層22は、Mg濃度が5×1017~2×1019/cm3 のp-GaNからなる。p層22の厚さは1μmである。 The p layer 22 is made of p-GaN having a Mg concentration of 5 × 10 17 to 2 × 10 19 / cm 3 . The thickness of the p layer 22 is 1 μm.

再成長n層25は、p層22上およびイオン注入領域24上に位置し、Si濃度が1×1018~1×1019/cm3 のn-GaNからなる。再成長n層25の厚さは0.2μmである。 The regrowth n-layer 25 is located on the p-layer 22 and the ion-implanted region 24, and is composed of n-GaN having a Si concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 . The thickness of the regrowth n layer 25 is 0.2 μm.

再成長n層25表面の所定領域には、その表面からn層21に達する深さのトレンチ30が設けられている。トレンチ30の底面にはn層21が露出し、側面にはn層21、p層22、再成長n層25が露出する。 In a predetermined region on the surface of the regrowth n-layer 25, a trench 30 having a depth reaching the n-layer 21 from the surface is provided. The n layer 21 is exposed on the bottom surface of the trench 30, and the n layer 21, the p layer 22, and the regrowth n layer 25 are exposed on the side surface.

拡散p領域23は、n層21表面近傍であってトレンチ30の近傍に設けられた領域である。拡散p領域23は、後述のようにイオン注入および熱処理によってMgを拡散させて形成した領域であり、p-GaNからなる。Mg濃度は、5×1017~2×1019/cm3 である。拡散p領域23は、平面視でトレンチ30を囲うような環状のパターンであり、その幅は2μmである。また、拡散p領域23は、n層21表面から深さ1μmまでの領域に形成されていて、n層21表面からトレンチ30の底面までよりも深く形成されている。トレンチ30角部の近傍にこのような拡散p領域23を設けることで、トレンチ30角部に集中する電界を緩和し、耐圧性の向上を図っている。 The diffusion p region 23 is a region provided near the surface of the n layer 21 and near the trench 30. The diffusion p region 23 is a region formed by diffusing Mg by ion implantation and heat treatment as described later, and is composed of p-GaN. The Mg concentration is 5 × 10 17 to 2 × 10 19 / cm 3 . The diffusion p region 23 is an annular pattern that surrounds the trench 30 in a plan view, and its width is 2 μm. Further, the diffusion p region 23 is formed in a region from the surface of the n layer 21 to a depth of 1 μm, and is formed deeper than the surface of the n layer 21 to the bottom surface of the trench 30. By providing such a diffusion p region 23 in the vicinity of the corner portion of the trench 30, the electric field concentrated on the corner portion of the trench 30 is relaxed, and the pressure resistance is improved.

イオン注入領域24は、p層22表面近傍であってトレンチ30近傍に設けられた領域であり、p型の領域である。イオン注入領域24は、後述のように、拡散p領域23を形成するためのMgイオンがp層22表面に注入された領域であり、拡散p領域23の上方に位置する。イオン注入領域24は、平面視で拡散p領域23とほぼ同一のパターンであり、トレンチ30を囲うようなパターンである。なお、Mg以外のp型ドーパントがイオン注入された領域であってもよい。 The ion implantation region 24 is a region provided near the surface of the p layer 22 and near the trench 30, and is a p-type region. As will be described later, the ion implantation region 24 is a region in which Mg ions for forming the diffusion p region 23 are implanted on the surface of the p layer 22, and is located above the diffusion p region 23. The ion implantation region 24 has substantially the same pattern as the diffusion p region 23 in a plan view, and is a pattern that surrounds the trench 30. The region may be a region in which a p-type dopant other than Mg is ion-implanted.

ゲート絶縁膜26は、トレンチ30の底面、側面、および上面(再成長n層25表面のうちトレンチ30近傍の領域)に沿って膜状に形成されている。ゲート絶縁膜26は、SiO2 からなる。 The gate insulating film 26 is formed in a film shape along the bottom surface, the side surface, and the top surface (the region of the surface of the regrowth n layer 25 in the vicinity of the trench 30) of the trench 30. The gate insulating film 26 is made of SiO 2 .

ドレイン電極27は、基板20裏面の全面に接して設けられている。ドレイン電極27は、Ti/Alからなる。 The drain electrode 27 is provided in contact with the entire back surface of the substrate 20. The drain electrode 27 is made of Ti / Al.

ソース電極28は、再成長n層25上に設けられている。また、再成長n層25の一部領域には、その再成長n層25を貫通してp層22を露出させる溝31が形成されている。この溝31はソース電極28により埋められ、溝31を介してソース電極28とp層22とが接続されている。ソース電極28は、Ti/Alからなる。 The source electrode 28 is provided on the regrowth n layer 25. Further, in a part of the region of the regrowth n layer 25, a groove 31 is formed which penetrates the regrowth n layer 25 and exposes the p layer 22. The groove 31 is filled with the source electrode 28, and the source electrode 28 and the p layer 22 are connected via the groove 31. The source electrode 28 is made of Ti / Al.

ゲート電極29は、ゲート絶縁膜26を介してトレンチ30の底面、側面、および上面(再成長n層25表面のうちトレンチ30近傍の領域)に沿って膜状に設けられている。ゲート電極29は、Alからなる。 The gate electrode 29 is provided in a film shape along the bottom surface, the side surface, and the top surface (the region of the surface of the regrowth n layer 25 in the vicinity of the trench 30) via the gate insulating film 26. The gate electrode 29 is made of Al.

実施例2の半導体装置は、p層22のうちトレンチ30近傍の領域がチャネルとして動作するトレンチ型のMISFETである。 The semiconductor device of the second embodiment is a trench-type MISFET in which the region of the p-layer 22 near the trench 30 operates as a channel.

(キャリアトラップ準位の平均密度について)
次に、n層21、p層22、および拡散p領域23のキャリアトラップ準位の平均密度について説明する。各キャリアトラップ準位TE1~9、TH3は実施例1と同様の定義である。つまり、キャリアトラップ準位の平均密度のうち電子トラップについては、pn界面(n層21とp層22の界面、あるいはn層21と拡散p領域23の界面)からn層21側に0.8~1.6μmの深さの領域の平均密度、正孔トラップについては、pn界面(n層21とp層22の界面、あるいはn層21と拡散p領域23の界面)からp側に0.02~0.05μmの深さの領域の平均密度とする。
(About the average density of carrier trap levels)
Next, the average density of the carrier trap levels of the n layer 21, the p layer 22, and the diffused p region 23 will be described. The carrier trap levels TE1-9 and TH3 have the same definitions as in Example 1. That is, of the average density of the carrier trap levels, the electron trap is 0.8 from the pn interface (the interface between the n layer 21 and the p layer 22 or the interface between the n layer 21 and the diffusion p region 23) to the n layer 21 side. For the average density and hole trap in the region with a depth of ~ 1.6 μm, 0. The average density is defined as the region having a depth of 02 to 0.05 μm.

実施例2の半導体装置では、n層21、p層22、および拡散p領域23の各キャリアトラップ準位の平均密度が次のように設定されている。実施例2の半導体装置を上方から見て(つまり平面視において)、拡散p領域23が存在しない領域をA領域、存在する領域をB領域とする。A領域については、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aがn層21のドナー濃度の1/500以下となるように設定されている。 In the semiconductor device of the second embodiment, the average density of each carrier trap level of the n layer 21, the p layer 22, and the diffusion p region 23 is set as follows. When the semiconductor device of the second embodiment is viewed from above (that is, in a plan view), the region where the diffusion p region 23 does not exist is defined as the region A, and the region where the diffusion p region 23 exists is defined as the region B. In the A region, the average density n4A of the electron trap level of TE4 is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n layer 21.

また、B領域については、実施例1と同様に設定されている。すなわち、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bの比(n2B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bの比(n9B/n4B)が、TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bの比(n1B/n4B)よりも大きくなるように設定されている。つまり、(n1B/n4B)<(n9B/n4B)<(n2B/n4B)を満たすように設定されている。 Further, the B region is set in the same manner as in the first embodiment. That is, the ratio of the average density n2B of the electron trap level of TE2 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 (n2B / n4B) is the electron trap level of TE9 with respect to the average density n4B of the electron trap level of TE4. The ratio of the average density n9B of the electron trap level of TE9 to the average density n4B of the electron trap level of TE4 is larger than the ratio of the average density n9B (n9B / n4B) (n9B / n4B). It is set to be larger than the ratio (n1B / n4B) of the average density n1B of the electron trap level of TE1 to the average density n4B of. That is, it is set to satisfy (n1B / n4B) <(n9B / n4B) <(n2B / n4B).

A領域、B領域のうち少なくとも一方の領域において、上記のようにキャリアトラップ準位の平均密度が設定されていることにより、実施例2の半導体装置のリーク電流を抑制することができる。もちろん、A領域、B領域の双方において、上記のように電子トラップ準位の平均密度が設定されていることがより好ましい。 By setting the average density of the carrier trap levels as described above in at least one of the A region and the B region, the leakage current of the semiconductor device of the second embodiment can be suppressed. Of course, it is more preferable that the average density of the electron trap levels is set as described above in both the A region and the B region.

実施例2においても、実施例1と同様に、リーク電流の低減のためには、各キャリアトラップ準位の平均密度は低ければ低いほど望ましい。たとえば以下のような範囲とすることが望ましい。 In Example 2, as in Example 1, the lower the average density of each carrier trap level is, the more desirable it is to reduce the leakage current. For example, the following range is desirable.

A領域の各キャリアトラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aは、5×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aは、8×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aは、4×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aは、2×1012/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Aは、7×1012/cm3 以下とすることが望ましい。 The average density of each carrier trap level in the A region is preferably in the following range. It is desirable that the average density n1A of the electron trap level of TE1 is 5 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n2A of the electron trap level of TE2 is 8 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n4A of the electron trap level of TE4 is 4 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n9A of the electron trap level of TE9 is 2 × 10 12 / cm 3 or less. It is desirable that the average density nH3A of the hole trap level of TH3 is 7 × 10 12 / cm 3 or less.

また、A領域において、電子トラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aに対するTE1およびTE2の電子トラップ準位の平均密度n1A、n2Aの比(n1A/n4A、n2A/n4A)は、2.5以下とすることが望ましい。 Further, in the region A, the ratio of the average density of the electron trap levels is preferably in the following range. The ratio of the average densities of the electron trap levels of TE1 and TE2 n1A and n2A (n1A / n4A, n2A / n4A) to the average density n4A of the electron trap levels of TE4 is preferably 2.5 or less.

また、B領域の各キャリアトラップ準位の平均密度については、以下の範囲とすることが望ましい。TE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bは、n層11のドナー濃度の1/100以下とすることが望ましい。TE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bは、3×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bは、3×1015/cm3 以下とすることが望ましい。TE5の電子トラップ準位の平均密度n5Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE7の電子トラップ準位の平均密度n7Bは、4×1013/cm3 以下とすることが望ましい。TE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bは、8×1014/cm3 以下とすることが望ましい。TH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bは、1×1013/cm3 以下とすることが望ましい。 Further, it is desirable that the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. It is desirable that the average density n4B of the electron trap level of TE4 is 1/100 or less of the donor concentration of the n layer 11. It is desirable that the average density n1B of the electron trap level of TE1 is 3 × 10 14 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n2B of the electron trap level of TE2 is 3 × 10 15 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n5B of the electron trap level of TE5 is 1 × 10 13 / cm 3 or less. It is desirable that the average density n7B of the electron trap level of TE7 is 4 × 10 13 / cm 3 or less. The average density n9B of the electron trap level of TE9 is preferably 8 × 10 14 / cm 3 or less. It is desirable that the average density nH3B of the hole trap level of TH3 is 1 × 10 13 / cm 3 or less.

また、リーク電流の低減のために、B領域における各キャリアトラップ準位の平均密度に対するA領域における各キャリアトラップ準位の平均密度の比は、以下の範囲とすることが望ましい。B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Bに対するA領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度n1Aの比(n1A/n1B)は、0.03以下であることが望ましい。B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Bに対するA領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度n2Aの比(n2A/n2B)は、0.02以下であることが望ましい。B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Bに対するA領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度n4Aの比(n4A/n4B)は、0.3~2.0であることが望ましい。B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Bに対するA領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度n9Aの比(n9A/n9B)は、0.02以下であることが望ましい。B領域におけるTH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Bに対するA領域におけるTH3の正孔トラップ準位の平均密度nH3Aの比(nH3A/nH3B)は、0.7~1.4であることが望ましい。 Further, in order to reduce the leakage current, it is desirable that the ratio of the average density of each carrier trap level in the A region to the average density of each carrier trap level in the B region is in the following range. The ratio (n1A / n1B) of the average density n1A of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density n1B of the electron trap level of TE1 in the region B is preferably 0.03 or less. The ratio (n2A / n2B) of the average density n2A of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density n2B of the electron trap level of TE2 in the region B is preferably 0.02 or less. The ratio (n4A / n4B) of the average density n4A of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density n4B of the electron trap level of TE4 in the region B is preferably 0.3 to 2.0. The ratio (n9A / n9B) of the average density n9A of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density n9B of the electron trap level of TE9 in the region B is preferably 0.02 or less. The ratio of the average density nH3A of the hole trap level of TH3 in the region A to the average density nH3B of the hole trap level of TH3 in the region B is preferably 0.7 to 1.4. ..

次に、実施例2の半導体装置の製造方法について、図5を参照に説明する。 Next, the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment will be described with reference to FIG.

まず、n-GaNからなる基板20上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層21、p-GaNからなるp層22を順に積層する(図5(a)参照)。そして、p層22中のMgを活性化させp型化するための熱処理を行う。 First, the n layer 21 made of n-GaN and the p layer 22 made of p-GaN are laminated in order on the substrate 20 made of n-GaN by the MOCVD method (see FIG. 5A). Then, a heat treatment is performed to activate Mg in the p layer 22 and form it into a p-type.

次に、p層22表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域24を形成する(図5(b)参照)。イオン注入しない領域に形成するマスクとして、フォトレジストなどを用いることができる。 Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the p layer 22 to form an ion-implanted region 24 (see FIG. 5B). A photoresist or the like can be used as a mask formed in a region where ions are not implanted.

次に、p層22およびイオン注入領域24の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、n層21表面側であって、イオン注入領域24の直下の領域に、p層22に含まれるMgを拡散させる。これにより、イオン注入領域24の直下であってn層21表面から所定深さまでの領域に拡散p領域23を形成する。その後、保護膜をフッ酸により除去する(図5(c)参照)。この拡散p領域23形成のための熱処理の温度、時間によって、n層21および拡散p領域23のキャリアトラップ準位の平均密度を制御することができる。具体的には、熱処理温度が低いほどキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができ、また熱処理時間を長くすることでもキャリアトラップ準位の平均密度を低減することができる。熱処理温度が低すぎたり、熱処理時間が短すぎると、所定の領域に拡散p領域23を形成することが難しくなるため、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御することが望ましい。より好ましくは、熱処理温度1020~1040℃、熱処理時間12~20分である。 Next, a protective film made of SiN is formed on the surfaces of the p layer 22 and the ion implantation region 24, and heat treatment is performed. The atmosphere of the heat treatment may be an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By the heat treatment, Mg contained in the p layer 22 is diffused in the region on the surface side of the n layer 21 immediately below the ion implantation region 24. As a result, the diffusion p region 23 is formed in the region directly below the ion implantation region 24 from the surface of the n layer 21 to a predetermined depth. Then, the protective film is removed with hydrofluoric acid (see FIG. 5 (c)). The average density of the carrier trap levels of the n layer 21 and the diffusion p region 23 can be controlled by the temperature and time of the heat treatment for forming the diffusion p region 23. Specifically, the lower the heat treatment temperature, the lower the average density of the carrier trap levels, and the longer the heat treatment time, the lower the average density of the carrier trap levels. If the heat treatment temperature is too low or the heat treatment time is too short, it becomes difficult to form the diffusion p region 23 in a predetermined region. Therefore, the heat treatment temperature is controlled in the range of 1000 to 1100 ° C. and the heat treatment time is controlled in the range of 5 to 40 minutes. It is desirable to do. More preferably, the heat treatment temperature is 1020 to 1040 ° C. and the heat treatment time is 12 to 20 minutes.

次に、p層22上に、MOCVD法によってn-GaNからなる再成長n層25を形成する(図5(d)参照)。 Next, a re-growth n-layer 25 made of n-GaN is formed on the p-layer 22 by the MOCVD method (see FIG. 5D).

次に、再成長n層25の一部領域をn層21が露出するまでドライエッチングして、トレンチ30を形成する。また、再成長n層25の一部領域をp層22が露出するまでドライエッチングして、ソース電極28をp層22に接触させるための溝31を形成する。また、再成長n層25の外周領域を所定の深さまでドライエッチングして、素子分離領域を形成する(図5(e)参照)。 Next, a part of the regrowth n-layer 25 is dry-etched until the n-layer 21 is exposed to form a trench 30. Further, a part of the regrowth n layer 25 is dry-etched until the p-layer 22 is exposed to form a groove 31 for bringing the source electrode 28 into contact with the p-layer 22. Further, the outer peripheral region of the regrowth n layer 25 is dry-etched to a predetermined depth to form an element separation region (see FIG. 5 (e)).

次に、ALD法によって、トレンチ30の底面、側面、および上面にゲート絶縁膜26を形成する。次に、蒸着によって、再成長n層25上にソース電極28を形成し、溝31を介してp層22と接触させる。次に、蒸着によって、トレンチ30の底面、側面、および上面にゲート絶縁膜26を介してゲート電極29を形成する。次に、蒸着によって基板20の裏面にドレイン電極27を形成する。以上によって図4に示す実施例1の半導体装置を作製する。 Next, the gate insulating film 26 is formed on the bottom surface, the side surface, and the top surface of the trench 30 by the ALD method. Next, the source electrode 28 is formed on the regrowth n layer 25 by thin film deposition, and is brought into contact with the p layer 22 via the groove 31. Next, the gate electrode 29 is formed on the bottom surface, the side surface, and the top surface of the trench 30 via the gate insulating film 26 by thin film deposition. Next, the drain electrode 27 is formed on the back surface of the substrate 20 by thin film deposition. As described above, the semiconductor device of Example 1 shown in FIG. 4 is manufactured.

(実施例2の変形例1)
実施例2では、イオンを注入したイオン注入領域24とは別の領域にMgを拡散させて拡散p領域23を形成しているが、n層21に直接イオン注入と熱処理を行って、Mgを拡散させずに活性化して、そのイオン注入領域をそのままp型領域33としてもよい。その場合、実施例2の半導体装置におけるイオン注入領域24はなく、p層22に替えて再成長p層32となる(図6参照)。この場合の製造方法について、以下に説明する。
(Modification 1 of Example 2)
In Example 2, Mg is diffused into a region different from the ion-implanted region 24 into which ions are implanted to form a diffusion p region 23. However, the n-layer 21 is directly ion-implanted and heat-treated to obtain Mg. The ion-implanted region may be used as it is as the p-type region 33 by activating without diffusing. In that case, the ion implantation region 24 in the semiconductor device of the second embodiment is not provided, and the p-layer 22 is replaced with the regrowth p-layer 32 (see FIG. 6). The manufacturing method in this case will be described below.

まず、n-GaNからなる基板20上に、MOCVD法によってn-GaNからなるn層21を積層する(図7(a)参照)。 First, the n layer 21 made of n-GaN is laminated on the substrate 20 made of n-GaN by the MOCVD method (see FIG. 7A).

次に、n層21表面の所定領域に、Mgをイオン注入してイオン注入領域を形成する。そして、n層21およびイオン注入領域の表面にSiNからなる保護膜を形成し、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気であればよく、たとえば窒素雰囲気である。熱処理によって、イオン注入領域のMgを拡散させずに活性化させ、これによりイオン注入領域をp型領域33とする(図7(b)参照)。 Next, Mg is ion-implanted into a predetermined region on the surface of the n-layer 21 to form an ion-implanted region. Then, a protective film made of SiN is formed on the surfaces of the n-layer 21 and the ion-implanted region, and heat treatment is performed. The atmosphere of the heat treatment may be an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. The heat treatment activates the Mg in the ion-implanted region without diffusing it, thereby making the ion-implanted region the p-type region 33 (see FIG. 7 (b)).

次に、n層21上およびp型領域33上に、MOCVD法によって、p-GaNからなる再成長p層32、n-GaNからなる再成長n層25を形成する(図7(c)参照)。以下、実施例2と同様の工程により、図6に示す半導体装置を作製することができる。 Next, a re-growth p-layer 32 made of p-GaN and a re-growth n-layer 25 made of n-GaN are formed on the n-layer 21 and the p-type region 33 by the MOCVD method (see FIG. 7 (c)). ). Hereinafter, the semiconductor device shown in FIG. 6 can be manufactured by the same process as in Example 2.

(実施例2の変形例2)
実施例2では、Mgをイオン注入してイオン注入領域24を形成しているが、Siなどのn型ドーパントをイオン注入してイオン注入領域34を形成してもよい。Mgをイオン注入する場合と同様の領域に、拡散p領域23を形成することができる。イオン注入領域34はn型であるため、実施例2における再成長n層25は省くことができる(図8参照)。
(Modification 2 of Example 2)
In Example 2, Mg is ion-implanted to form the ion-implanted region 24, but an n-type dopant such as Si may be ion-implanted to form the ion-implanted region 34. The diffusion p region 23 can be formed in the same region as in the case of ion implantation of Mg. Since the ion implantation region 34 is n-type, the regrowth n-layer 25 in Example 2 can be omitted (see FIG. 8).

(実験例)
次に、実施例1、2に関する各種実験例を説明する。
(Experimental example)
Next, various experimental examples relating to Examples 1 and 2 will be described.

実施例1の半導体装置のA領域を評価する素子(図9参照)と、実施例2の半導体装置のA領域を評価する素子(図10参照)と、実施例1、2の半導体装置のB領域を評価する素子(図11参照)を次のようにして作製し、キャリアトラップ準位の種別およびキャリアトラップ準位の平均密度の評価を行った。 An element for evaluating the A region of the semiconductor device of Example 1 (see FIG. 9), an element for evaluating the A region of the semiconductor device of Example 2 (see FIG. 10), and B of the semiconductor devices of Examples 1 and 2. An element for evaluating a region (see FIG. 11) was manufactured as follows, and the type of carrier trap level and the average density of carrier trap levels were evaluated.

(実施例1の半導体装置のA領域の評価)
実施例1のA領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって厚さ10μm、ドナー濃度2.5×1015/cm3 のn層101を作製した。そして、n層101上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った素子と、熱処理を行わなかった素子を作製した。熱処理は、1050℃、4分間の素子と、1150℃、4分間の素子を作製した。その後、保護膜をフッ酸より除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成し、n層101表面にNiからなるショットキー接触のアノード電極104、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of Area A of the Semiconductor Device of Example 1)
The A region evaluation element of Example 1 was manufactured as follows. First, an n-layer 101 having a thickness of 10 μm and a donor concentration of 2.5 × 10 15 / cm 3 was prepared on a substrate 100 made of n-GaN having a Si concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 . Then, a protective film made of SiN was formed on the n-layer 101, and a heat-treated element and a non-heat-treated element were produced. The heat treatment produced a device at 1050 ° C. for 4 minutes and a device at 1150 ° C. for 4 minutes. After that, the protective film is removed from hydrofluoric acid, and the outer periphery of the device is dry-etched to form an element separation region. The cathode electrode 103 was formed.

以上のようにして作製したA領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~200Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図12はそのグラフを示す。また、温度77~500K、バイアス電圧-5V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。図13は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 200 V at a temperature of 25 ° C. to the A region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 12 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 500 K, a bias voltage of -5 V, and a pulse voltage of 0 V. FIG. 13 is a graph showing the result.

図12のように、熱処理によってリーク電流が発生することがわかり、熱処理温度が高いほどリーク電流が増加することがわかった。リーク電流の低減のためには、1050℃以下の熱処理であればよいことがわかった。 As shown in FIG. 12, it was found that a leak current was generated by the heat treatment, and it was found that the leak current increased as the heat treatment temperature increased. It was found that the heat treatment at 1050 ° C. or lower is sufficient for reducing the leakage current.

また、DLTS測定により、n層101とアノード電極104との界面からn層101側に0.8~1.6μmの深さの領域の電子トラップ準位TE1~TE9が特定できた。図14は、各電子トラップ準位の種類ごとのエネルギー、捕獲断面積、電子トラップ準位の平均密度、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対する比をまとめた表である。図14のように、各電子トラップ準位のうち、TE2、TE4、TE9については、熱処理によらず発生するキャリアトラップ準位であることがわかった。また、いずれの電子トラップ準位の平均密度についても、熱処理によって増加することがわかった。したがって、熱処理による電流リークの増加は、電子トラップ準位の平均密度の増加が原因であると考えられる。なお、TE5、TE8については検出できなかったが、これは検出限界以下の密度であったためと考えられる。 Further, by DLTS measurement, the electron trap levels TE1 to TE9 in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm could be identified from the interface between the n layer 101 and the anode electrode 104 to the n layer 101 side. FIG. 14 is a table summarizing the energy, capture cross-sectional area, average density of electron trap levels, and ratio of TE4 to the average density of electron trap levels for each type of electron trap level. As shown in FIG. 14, among the electron trap levels, TE2, TE4, and TE9 were found to be carrier trap levels generated regardless of the heat treatment. It was also found that the average density of all electron trap levels was increased by heat treatment. Therefore, the increase in current leakage due to heat treatment is considered to be due to the increase in the average density of the electron trap levels. Although TE5 and TE8 could not be detected, it is considered that this was because the density was below the detection limit.

熱処理温度1150℃では、熱処理温度1050℃に比べて大きくリーク電流が増加していることから、1050℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態が、1150℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であると考えられる。また、トラップ準位が小さいほどリーク電流への寄与が大きいと考えられ、また拡散p領域12の形成のためには熱処理しないことは考えられない。そのため、熱処理によって発生し、かつトラップ準位が小さいTE1、TE3の電子トラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。また、TE1、TE3の電子トラップ準位の平均密度の評価は、熱処理によらず発生する電子トラップ準位の平均密度を基準とするのがよいと考えられる。 At the heat treatment temperature of 1150 ° C., the leakage current is significantly increased as compared with the heat treatment temperature of 1050 ° C. Therefore, the state of the average density of each electron trap level at 1050 ° C is the average density of each electron trap level at 1150 ° C. It is considered that the leak current can be reduced more than the state of. Further, it is considered that the smaller the trap level is, the larger the contribution to the leakage current is, and it is not conceivable that the heat treatment is not performed for the formation of the diffusion p region 12. Therefore, it is considered better to define a state in which the leakage current can be reduced by the average density of the electron trap levels of TE1 and TE3, which are generated by the heat treatment and have a small trap level. Further, it is considered that the evaluation of the average density of the electron trap levels of TE1 and TE3 should be based on the average density of the electron trap levels generated regardless of the heat treatment.

そこでTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する各電子トラップ準位の平均密度の比をまとめたのが図15である。図15を見ると、熱処理によって発生する電子トラップ準位のうち、TE4に対して大きく変動しているのはTE1、TE3である。また、TE1の電子トラップ準位の平均密度は、熱処理温度が1050℃、1150℃のいずれの場合もTE3の電子トラップ準位の平均密度よりも大きくなっている。また、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比は、1150℃では1よりも大きくなっているが、1050℃では1以下となっている。 Therefore, FIG. 15 summarizes the ratio of the average density of each electron trap level to the average density of the electron trap levels of TE4. Looking at FIG. 15, among the electron trap levels generated by the heat treatment, TE1 and TE3 have a large variation with respect to TE4. Further, the average density of the electron trap level of TE1 is larger than the average density of the electron trap level of TE3 at any of the heat treatment temperatures of 1050 ° C and 1150 ° C. Further, the ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is larger than 1 at 1150 ° C., but is 1 or less at 1050 ° C.

このような理由から、実施例1の半導体装置のA領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつTE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度1050℃における各電子トラップ準位の平均密度の状態)を規定した。 For this reason, in the region A of the semiconductor device of Example 1, the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is relative to the average density of the electron trap levels of TE4. Leakage current is reduced by setting the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to 1 or less, which is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 and to the average density of the electron trap levels of TE4. The average density of the possible electron trap levels (the state of the average density of each electron trap level at the heat treatment temperature of 1050 ° C.) was specified.

(実施例2の半導体装置のA領域の評価)
実施例2のA領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって、厚さ10μmでドナー濃度5×1015/cm3 のn層101、厚さ1μmでMg濃度2×1018/cm3 のp-GaNからなるp層102を順に積層した。そして、p層102上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った素子と、熱処理を行わなかった素子を作製した。熱処理条件は、1050℃で4分間、1150℃で4分間、1250℃で30秒間として、それぞれ素子を作製した。その後、保護膜をフッ酸より除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成した。次に、p層102表面にPdからなるオーミック接触のアノード電極105、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of Area A of the Semiconductor Device of Example 2)
The A region evaluation element of Example 2 was manufactured as follows. First, on a substrate 100 made of n-GaN having a Si concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 , by the MOCVD method, an n layer 101 having a thickness of 10 μm and a donor concentration of 5 × 10 15 / cm 3 and a thickness of 1 μm. The p-layer 102 made of p-GaN having a Mg concentration of 2 × 10 18 / cm 3 was laminated in order. Then, a protective film made of SiN was formed on the p layer 102, and an element subjected to heat treatment and an element not subjected to heat treatment were manufactured. The heat treatment conditions were 1050 ° C. for 4 minutes, 1150 ° C. for 4 minutes, and 1250 ° C. for 30 seconds, respectively. Then, the protective film was removed from hydrofluoric acid, and the outer periphery of the device was dry-etched to form a device separation region. Next, an ohmic contact anode electrode 105 made of Pd was formed on the surface of the p layer 102, and a cathode electrode 103 made of Al / Ti was formed on the back surface of the substrate 100.

以上のようにして作製したA領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~300Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図16はそのグラフを示す。また、温度77~600K、バイアス電圧-10V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。ただし、熱処理温度1250℃で30秒間の場合のみ、温度77~700Kとした。図17は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 300 V at a temperature of 25 ° C. to the A region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 16 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 600 K, a bias voltage of -10 V, and a pulse voltage of 0 V. However, the temperature was set to 77 to 700 K only when the heat treatment temperature was 1250 ° C. for 30 seconds. FIG. 17 is a graph showing the result.

図16のように、1250℃以上の熱処理によってリーク電流が発生することがわかり、熱処理温度が高いほどリーク電流が増加することがわかった。リーク電流の低減のためには、1150℃以下の熱処理であればよいことがわかった。 As shown in FIG. 16, it was found that the leak current was generated by the heat treatment at 1250 ° C. or higher, and it was found that the leak current increased as the heat treatment temperature was higher. It was found that the heat treatment at 1150 ° C. or lower is sufficient for reducing the leakage current.

また、DLTS測定により、n層101とp層102との界面からn層101側に0.8~1.6μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位)と、n層101とp層102との界面からp層102側に0.02~0.05μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(正孔トラップ準位)が特定できた。TE9よりもエネルギーの高いTE10、TE11の電子トラップ準位や、TH3よりもエネルギーの低いTH2の正孔トラップ準位も特定できた。図18は、各キャリアトラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた表である。また、熱処理によってキャリアトラップ準位の種類が変化し、キャリアトラップ準位の平均密度も増加することがわかった。したがって、熱処理による電流リークの増加は、キャリアトラップ準位の種類とキャリアトラップ準位の平均密度の増加が原因であると考えられる。 Further, by DLTS measurement, the carrier trap level (electron trap level) in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer 101 and the p layer 102 to the n layer 101 side and the n layer 101. The carrier trap level (hole trap level) in the region having a depth of 0.02 to 0.05 μm could be identified from the interface between the tool and the p layer 102 to the p layer 102 side. The electron trap levels of TE10 and TE11, which have higher energies than TE9, and the hole trap levels of TH2, which have lower energies than TH3, could also be identified. FIG. 18 is a table summarizing each characteristic for each type of carrier trap level. It was also found that the heat treatment changed the type of carrier trap level and increased the average density of the carrier trap level. Therefore, the increase in current leakage due to heat treatment is considered to be due to the increase in the types of carrier trap levels and the increase in the average density of carrier trap levels.

熱処理温度1250℃では、熱処理温度1150℃に比べて大きくリーク電流が増加していることから、1050℃および1150℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態が、1250℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であることが考えられる。図17を見ると、TE4は、どの熱処理温度でも現れており、1150℃での熱処理と1250℃での熱処理の双方に現れている。一方、他のキャリアトラップ準位は、熱処理の有無や熱処理温度によって現れたり消えたりしている。そのため、TE4のキャリアトラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。 At the heat treatment temperature of 1250 ° C., the leakage current is significantly increased as compared with the heat treatment temperature of 1150 ° C. Therefore, the average density of each carrier trap level at 1050 ° C and 1150 ° C is the state of each carrier trap level at 1250 ° C. It is considered that the leak current can be reduced more than the state of the average density of. Looking at FIG. 17, TE4 appears at any heat treatment temperature and appears in both the heat treatment at 1150 ° C and the heat treatment at 1250 ° C. On the other hand, other carrier trap levels appear and disappear depending on the presence or absence of heat treatment and the heat treatment temperature. Therefore, it is considered better to define a state in which the leakage current can be reduced by the average density of the carrier trap levels of TE4.

TE4の電子トラップ準位は、熱処理によらず発生するものであるから、TE4の電子トラップ準位の平均密度は、n層102のドナー濃度にも依存するものと考えられる。このような理由から、実施例2の半導体装置のA領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度がn層101のドナー濃度の1/500以下、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度1150℃における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態)を規定した。 Since the electron trap level of TE4 is generated regardless of the heat treatment, it is considered that the average density of the electron trap level of TE4 also depends on the donor concentration of the n layer 102. For this reason, in the A region of the semiconductor device of Example 2, the leakage current can be reduced by setting the average density of the electron trap level of TE4 to 1/500 or less of the donor concentration of the n layer 101. The average density of trap levels (state of average density of each carrier trap level at a heat treatment temperature of 1150 ° C.) was specified.

(実施例1、2の半導体装置のB領域の評価)
B領域評価用素子は、次のようにして作製した。まず、Si濃度1.0×1018/cm3 のn-GaNからなる基板100上に、MOCVD法によって、厚さ10μmでドナー濃度5×1015/cm3 のn層101、厚さ1μmでMg濃度2×1018/cm3 のp-GaNからなるp層102を順に積層した。次に、p層102の全面にMgをイオン注入してイオン注入領域106を形成した。次に、イオン注入領域106上にSiNからなる保護膜を作製し、熱処理を行った。熱処理条件は、1050℃で4分間、1050℃で20分間、1050℃で40分間として、それぞれ素子を作製した。この熱処理によってn層101にMgが拡散し、n層101表面から所定の深さまでの領域に拡散p領域107が形成された。次に、保護膜をフッ酸により除去し、素子外周をドライエッチングして素子分離領域を形成した。次に、イオン注入領域106表面にPdからなるオーミック接触のアノード電極105、基板100裏面にAl/Tiからなるカソード電極103を形成した。
(Evaluation of B region of the semiconductor device of Examples 1 and 2)
The B region evaluation element was manufactured as follows. First, on a substrate 100 made of n-GaN having a Si concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 , by the MOCVD method, an n layer 101 having a thickness of 10 μm and a donor concentration of 5 × 10 15 / cm 3 and a thickness of 1 μm. The p-layer 102 made of p-GaN having a Mg concentration of 2 × 10 18 / cm 3 was laminated in order. Next, Mg was ion-implanted on the entire surface of the p-layer 102 to form an ion-implanted region 106. Next, a protective film made of SiN was formed on the ion-implanted region 106 and heat-treated. The heat treatment conditions were 1050 ° C. for 4 minutes, 1050 ° C. for 20 minutes, and 1050 ° C. for 40 minutes, respectively. By this heat treatment, Mg was diffused into the n-layer 101, and a diffused p-region 107 was formed in a region from the surface of the n-layer 101 to a predetermined depth. Next, the protective film was removed with hydrofluoric acid, and the outer periphery of the device was dry-etched to form a device separation region. Next, an ohmic contact anode electrode 105 made of Pd was formed on the surface of the ion implantation region 106, and a cathode electrode 103 made of Al / Ti was formed on the back surface of the substrate 100.

なお、このB領域評価用素子は、実施例1の半導体装置のB領域とは構造が異なるが、n層と拡散p領域とのpn界面の空乏層領域におけるキャリアトラップ準位を検出している点で同様である。そのため、B領域評価用素子によって実施例2の半導体装置のB領域だけでなく、実施例1の半導体装置のB領域も評価することができる。 Although the structure of this B region evaluation element is different from that of the B region of the semiconductor device of the first embodiment, the carrier trap level in the depletion layer region at the pn interface between the n layer and the diffusion p region is detected. The same is true in terms of points. Therefore, not only the B region of the semiconductor device of the second embodiment but also the B region of the semiconductor device of the first embodiment can be evaluated by the B region evaluation element.

以上のようにして作製したB領域評価用素子に、温度25℃において逆方向電圧を0~300Vの範囲で印加し、I-V測定を行った。図19はそのグラフを示す。また、温度77~600K、バイアス電圧-10V、パルス電圧0Vにおいて、DLTS測定を行った。図20は、その結果を示したグラフである。 A reverse voltage was applied in the range of 0 to 300 V at a temperature of 25 ° C. to the B region evaluation element manufactured as described above, and IV measurement was performed. FIG. 19 shows the graph. Further, DLTS measurement was performed at a temperature of 77 to 600 K, a bias voltage of -10 V, and a pulse voltage of 0 V. FIG. 20 is a graph showing the result.

図19のように、熱処理時間が長くなるほど電流リークを低減できることがわかり、20分以上の熱処理によってリーク電流を十分に低減できることがわかった。これは、熱処理時間が長いほどイオン注入による結晶へのダメージが回復するためと考えられる。 As shown in FIG. 19, it was found that the current leakage can be reduced as the heat treatment time becomes longer, and it is found that the leakage current can be sufficiently reduced by the heat treatment for 20 minutes or more. It is considered that this is because the longer the heat treatment time, the more the damage to the crystal due to the ion implantation is recovered.

また、DLTS測定により、n層21と拡散p領域23との界面からn層21側に0.8~1.6μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(電子トラップ準位)と、n層21と拡散p領域23との界面から拡散p領域23側に0.02~0.05μmの深さの領域のキャリアトラップ準位(正孔トラップ準位)が特定できた。TH2よりもエネルギーの低い正孔トラップ準位も特定できた。図21は、各キャリアトラップ準位の種類ごとに各特性をまとめた表である。また、熱処理時間によってキャリアトラップ準位の種類が変化し、熱処理時間が長いほどキャリアトラップ準位の平均密度が減少することがわかった。したがって、熱処理時間が長くなることによる電流リークの減少は、キャリアトラップ準位の種類とキャリアトラップ準位の平均密度の減少が原因であると考えられる。 Further, by DLTS measurement, the carrier trap level (electron trap level) in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer 21 and the diffusion p region 23 to the n layer 21 side, and the n layer. A carrier trap level (hole trap level) in a region having a depth of 0.02 to 0.05 μm could be identified from the interface between 21 and the diffusion p region 23 on the diffusion p region 23 side. A hole trap level with a lower energy than TH2 could also be identified. FIG. 21 is a table summarizing each characteristic for each type of carrier trap level. It was also found that the type of carrier trap level changed depending on the heat treatment time, and the longer the heat treatment time, the lower the average density of the carrier trap level. Therefore, the decrease in current leakage due to the longer heat treatment time is considered to be due to the decrease in the types of carrier trap levels and the decrease in the average density of carrier trap levels.

熱処理4分間では、熱処理20分間、40分間に比べて大きくリーク電流が増加していることから、熱処理20分間、40分間での各キャリアトラップ準位の平均密度の状態が、熱処理4分間での各キャリアトラップ準位の平均密度の状態よりも、リーク電流を低減できる状態であると考えられる。図20を見ると、いずれの熱処理時間においてもTE1、TE2、TE9のピークが現れている。特に、トラップ準位が小さいほどリーク電流への寄与が大きいと考えられ、TE1、TE2の電子トラップ準位の平均密度は、リーク電流への寄与が大きいと考えられる。そのため、TE1、TE2、TE9の電子トラップ準位の平均密度によって、リーク電流を低減できる状態を規定するのがよいと考えられる。また、これら電子トラップ準位の平均密度の評価は、熱処理によらず発生する電子トラップ準位の平均密度を基準とするのがよいと考えられる。 In the heat treatment of 4 minutes, the leakage current increased significantly compared to the heat treatment of 20 minutes and 40 minutes. Therefore, the average density of each carrier trap level in the heat treatment of 20 minutes and 40 minutes was changed to that of the heat treatment in 4 minutes. It is considered that the leakage current can be reduced more than the state of the average density of each carrier trap level. Looking at FIG. 20, the peaks of TE1, TE2, and TE9 appear at any of the heat treatment times. In particular, it is considered that the smaller the trap level is, the larger the contribution to the leak current is, and the average density of the electron trap levels of TE1 and TE2 is considered to have a large contribution to the leak current. Therefore, it is considered better to define a state in which the leakage current can be reduced by the average density of the electron trap levels of TE1, TE2, and TE9. Further, it is considered that the evaluation of the average density of these electron trap levels should be based on the average density of the electron trap levels generated regardless of the heat treatment.

そこで、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対する各電子トラップ準位の平均密度の比をまとめたのが図22である。図22のように、熱処理4分間の場合には、TE1の電子トラップ準位の平均密度比が最も大きく、次いでTE9、TE2の順であった。一方、熱処理20分間の場合には、TE2の電子トラップ準位の平均密度比が最も大きく、次いでTE9、TE1であった。 Therefore, FIG. 22 summarizes the ratio of the average density of each electron trap level to the average density of the electron trap levels of TE4. As shown in FIG. 22, in the case of the heat treatment for 4 minutes, the average density ratio of the electron trap level of TE1 was the largest, followed by TE9 and TE2 in that order. On the other hand, in the case of heat treatment for 20 minutes, the average density ratio of the electron trap level of TE2 was the largest, followed by TE9 and TE1.

このような理由から、実施例1、2の半導体装置のB領域では、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きい、とすることで、リーク電流を低減できる電子トラップ準位の平均密度(熱処理温度20分間における各キャリアトラップ準位の平均密度の状態)を規定した。 For this reason, in the B region of the semiconductor device of Examples 1 and 2, the ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is the average of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4 is greater than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the density, to the average density of the electron trap levels of TE4. By setting it to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1, the average density of the electron trap levels that can reduce the leakage current (the state of the average density of each carrier trap level at the heat treatment temperature of 20 minutes) can be determined. Prescribed.

図23は、各電子トラップ準位について、B領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度に対する、実施例1の半導体装置のA領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度の比をまとめた表である。図23から、各密度比を以下のように規定すれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。TE1の電子トラップ準位についての密度比は、0.01以下。TE2の電子トラップ準位についての密度比は、0.01以下。TE4の電子トラップ準位についての密度比は、0.4~2.5。TE7の電子トラップ準位についての密度比は、0.2以下。TE9の電子トラップ準位についての密度比は、0.04以下。 FIG. 23 summarizes the ratio of the average density of the electron trap levels in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 1 to the average density of the electron trap levels in the B region evaluation element for each electron trap level. It is a table. From FIG. 23, it is considered that the leakage current can be reduced by defining each density ratio as follows. The density ratio for the electron trap level of TE1 is 0.01 or less. The density ratio for the electron trap level of TE2 is 0.01 or less. The density ratio for the electron trap level of TE4 is 0.4 to 2.5. The density ratio for the electron trap level of TE7 is 0.2 or less. The density ratio for the electron trap level of TE9 is 0.04 or less.

図24は、各電子トラップ準位について、B領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度に対する、実施例2の半導体装置のA領域評価用素子における電子トラップ準位の平均密度の比をまとめた表である。図24から、各密度比を以下のように規定すれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。TE1の電子トラップ準位についての密度比は、0.01~0.03。TE2の電子トラップ準位についての密度比は、0.0001~0.005。TE4の電子トラップ準位についての密度比は、0.3~2.0。TE9の電子トラップ準位についての密度比は、0.002~0.02。また、同様の比較から、TH3の正孔トラップ準位についての密度比は、0.7~1.4であれば、リーク電流を低減できるものと考えられる。 FIG. 24 summarizes the ratio of the average density of the electron trap levels in the A region evaluation element of the semiconductor device of Example 2 to the average density of the electron trap levels in the B region evaluation element for each electron trap level. It is a table. From FIG. 24, it is considered that the leakage current can be reduced by defining each density ratio as follows. The density ratio for the electron trap level of TE1 is 0.01 to 0.03. The density ratio for the electron trap level of TE2 is 0.0001 to 0.005. The density ratio for the electron trap level of TE4 is 0.3 to 2.0. The density ratio for the electron trap level of TE9 is 0.002 to 0.02. Further, from the same comparison, it is considered that the leakage current can be reduced if the density ratio for the hole trap level of TH3 is 0.7 to 1.4.

また、以上の実験結果から、Mgを拡散させて拡散p領域を形成するための熱処理として、熱処理温度は1000~1100℃、熱処理時間は5~40分の範囲で制御すればよいことがわかった。 Further, from the above experimental results, it was found that the heat treatment temperature should be controlled in the range of 1000 to 1100 ° C. and the heat treatment time should be controlled in the range of 5 to 40 minutes as the heat treatment for diffusing Mg to form the diffusion p region. ..

(その他の各種変形例)
なお、実施例1はショットキーバリアダイオードであったが、n層11の一部領域に拡散p領域12が設けられ、n層11上にショットキー電極が設けられた構造であれば、任意の構造の半導体装置に適用することができる。また、実施例2はトレンチ型のMISFETであったが、n層21、p層22が順に積層され、n層21の一部領域に拡散p領域23が設けられた構造であれば、任意の構造の半導体装置に適用することができる。たとえば、pnダイオード、pinダイオード、IGBT、HFET、などにも本発明は適用可能である。また、実施例1、2はいずれも縦方向(基板主面に垂直な方向)に導通を取る縦型構造であるが、本発明は基板主面に水平な方向に導通を取る横型構造の半導体装置にも適用可能である。
(Other various modifications)
Although the Schottky barrier diode was used in the first embodiment, any structure can be used as long as the diffusion p region 12 is provided in a part of the n layer 11 and the Schottky electrode is provided on the n layer 11. It can be applied to semiconductor devices with structures. Further, although the second embodiment is a trench type MISFET, any structure can be used as long as the n-layer 21 and the p-layer 22 are stacked in this order and the diffusion p-region 23 is provided in a part of the n-layer 21. It can be applied to semiconductor devices with structures. For example, the present invention can be applied to a pn diode, a pin diode, an IGBT, an HFET, and the like. Further, although Examples 1 and 2 both have a vertical structure that conducts conduction in the vertical direction (direction perpendicular to the main surface of the substrate), the present invention is a semiconductor having a horizontal structure that conducts conduction in the direction horizontal to the main surface of the substrate. It can also be applied to devices.

本発明の半導体装置は、パワーデバイスなどに利用することができる。 The semiconductor device of the present invention can be used as a power device or the like.

10、20:基板
11、21:n層
12、23:拡散p領域
13:カソード電極
14:アノード電極
22:p層
24:イオン注入領域
25:再成長n層
26:ゲート絶縁膜
27:ドレイン電極
28:ソース電極
29:ゲート電極
30:トレンチ
10, 20: Substrate 11, 21: n layer 12, 23: Diffusion p region 13: Cathode electrode 14: Anode electrode 22: p layer 24: Ion implantation region 25: Re-growth n layer 26: Gate insulating film 27: Drain electrode 28: Source electrode 29: Gate electrode 30: Trench

Claims (22)

ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.01 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is set to be 0.01 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE4 be the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.4 to 2.5.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4
GaNの伝導帯下端から0.90eV以上1.00eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE7、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され
前記B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE7 be the electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density of the electron trap level of TE7 in the region B is set to be 0.2 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.30eV以上0.45eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE3、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE3の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、かつ、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が1以下、となるように設定され
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE3, the electron trap level of energy of 0.30 eV or more and less than 0.45 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE9.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. The average density of the electron trap level is used.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the A region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE3 to the average density of the electron trap levels of TE4, and The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 to the average density of the electron trap level of TE4 is set to be 1 or less .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.04 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、前記n層上および前記p型領域上に設けられ、前記n層に対してショットキー接触するショットキー電極と、を有し、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 and a region made of p-type GaN provided in a part of the n-layer by ion implantation and heat treatment. It has a p-type region and a Schottky electrode provided on the n-layer and on the p-type region and in Schottky contact with the n-layer.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.01 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.01以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE2 in the region A to the average density of the electron trap level of TE2 in the region B is set to be 0.01 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.4~2.5、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.4 to 2.5.
The semiconductor device according to claim 6 .
GaNの伝導帯下端から0.90eV以上1.00eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE7とし、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE7の電子トラップ準位の平均密度の比が0.2以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The electron trap level of energy of 0.90 eV or more and less than 1.00 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE7.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE7 in the region A to the average density of the electron trap level of TE7 in the region B is set to be 0.2 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記ショットキー電極との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.04以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the shotkey electrode to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.04 or less.
The semiconductor device according to claim 6 .
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.03 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 in the region A to the average density of the electron trap levels of TE2 in the region B is set to be 0.02 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
The electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN is set to TE4.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.3 to 2.0.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.02 or less.
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4
GaNの価電子帯上端から0.80eV以上0.90eV未満のエネルギーの正孔トラップ準位をTH3とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度とし
前記B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記p型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
前記A領域における前記n層中のTE4の電子トラップ準位の平均密度が、前記n層のドナー濃度の1/500以下となるように設定され
前記B領域における前記p型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、前記A領域における前記p層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
TE4 , the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The hole trap level of energy of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. The average density of trap levels
The average density of hole trap levels in the B region is in the p-type region in a region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region side. As the average density of hole trap levels in
The average density of the electron trap levels of TE4 in the n-layer in the A region is set to be 1/500 or less of the donor concentration of the n-layer .
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1. .4, which is set to be
A semiconductor device characterized by this.
ドナー濃度1×1015~2×1016/cmのn型のGaNからなるn層と、前記n層上に設けられたp型のGaNからなるp層と、前記n層の一部領域に、イオン注入および熱処理により設けられたp型のGaNからなる領域であるp型領域と、を有し、
平面視で前記p型領域のある領域をB領域とし、
GaNの伝導帯下端から0.10eV以上0.20eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE1、
GaNの伝導帯下端から0.20eV以上0.30eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE2、
GaNの伝導帯下端から0.45eV以上0.60eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE4、
GaNの伝導帯下端から1.10eV以上1.40eV未満のエネルギーの電子トラップ準位をTE9、とし、
前記B領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度が、
TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きく、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が、TE4の電子トラップ準位の平均密度に対するTE1の電子トラップ準位の平均密度の比よりも大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする半導体装置。
An n-layer made of n-type GaN having a donor concentration of 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 , a p-layer made of p-type GaN provided on the n-layer, and a partial region of the n-layer. Has a p-type region, which is a region made of p-type GaN provided by ion implantation and heat treatment.
The region with the p-shaped region in a plan view is defined as the B region.
From the lower end of the conduction band of GaN, the electron trap level of energy of 0.10 eV or more and less than 0.20 eV is set to TE1.
TE2, the electron trap level of energy of 0.20 eV or more and less than 0.30 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
TE4, the electron trap level of energy of 0.45 eV or more and less than 0.60 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
Let TE9 be the electron trap level of energy of 1.10 eV or more and less than 1.40 eV from the lower end of the conduction band of GaN.
The average density of each electron trap level in the B region is each of the n layers in the region having a depth of 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the n layer side. As the average density of electron trap levels,
The average density of each electron trap level in the n-layer in the B region is
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 to the average density of the electron trap levels of TE4 is larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels of TE4. The ratio of the average density of the electron trap levels of TE9 to the average density of the electron trap levels is set to be larger than the ratio of the average density of the electron trap levels of TE1 to the average density of the electron trap levels of TE4. ing,
A semiconductor device characterized by this.
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE1の電子トラップ準位の平均密度の比が0.03以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE1 in the region A to the average density of the electron trap level of TE1 in the region B is set to be 0.03 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE2の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap levels of TE2 in the region A to the average density of the electron trap levels of TE2 in the region B is set to be 0.02 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE4の電子トラップ準位の平均密度の比が0.3~2.0、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE4 in the region A to the average density of the electron trap level of TE4 in the region B is set to be 0.3 to 2.0.
The semiconductor device according to claim 17 .
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における各電子トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記n層側に0.8~1.6μmの深さの領域における前記n層中の各電子トラップ準位の平均密度として、
前記B領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度に対する前記A領域におけるTE9の電子トラップ準位の平均密度の比が0.02以下、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of each electron trap level in the A region is 0.8 to 1.6 μm from the interface between the n layer and the p layer to the n layer side, and the average density of each electron in the n layer is 0.8 to 1.6 μm. As the average density of trap levels,
The ratio of the average density of the electron trap level of TE9 in the region A to the average density of the electron trap level of TE9 in the region B is set to be 0.02 or less.
The semiconductor device according to claim 17 .
GaNの価電子帯上端から0.80eV以上0.90eV未満の正孔トラップ準位をTH3とし、
平面視で前記p型領域のない領域をA領域とし、
前記A領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p層との界面から前記p層側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p層中の正孔トラップ準位の平均密度とし、
前記B領域における正孔トラップ準位の平均密度は、前記n層と前記p型領域との界面から前記p型領域側に0.02~0.05μmの深さの領域における前記p型領域中の正孔トラップ準位の平均密度として、
前記B領域における前記p型領域中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度に対する、前記A領域における前記p層中のTH3の正孔トラップ準位の平均密度の比が、0.7~1.4、となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The hole trap level of 0.80 eV or more and less than 0.90 eV from the upper end of the valence band of GaN is set to TH3.
The region without the p-shaped region in a plan view is defined as the A region.
The average density of hole trap levels in the A region is the holes in the p layer in the region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p layer to the p layer side. The average density of trap levels
The average density of hole trap levels in the B region is in the p-type region in a region having a depth of 0.02 to 0.05 μm from the interface between the n layer and the p-type region to the p-type region side. As the average density of hole trap levels in
The ratio of the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region to the average density of the hole trap levels of TH3 in the p-type region in the B region is 0.7 to 1. .4, which is set to be
The semiconductor device according to claim 17 .
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